Linux 复制进程fork

一、父进程和子进程

当前的一个进程在fork的时候可以复制当前的进程产生一个进程，这时产生出来的这个进程就是子进程，被复制的进程叫做父进程。子进程会将环境变量从父进程继承过来，或者说被拷贝过来。父进程也会有它的父进程，一层一层往上走，最顶头的父进程是读取了一些文件才得到了这些环境变量的值，这样的话一个进程就有了，这个进程有了之后，就会把这些环境变量的值传给它后边的进程，它后边的进程一直往后传。

在运行一个程序的时候，这个程序处在内存中，给这个程序分配内存空间，fork产生的子进程也要给它分配内存空间，原来的父进程需要多少内存空间，复制出来的子进程就需要多少内存空间，系统原来描述父进程有一个PCB，现在产生的子进程也需要有一个PCB，也就是所有父进程的资源都要拷贝一份给子进程，父进程和子进程一模一样，两个进程一起执行。但是子进程不是从头开始执行，是从fork复制的位置开始执行。

二、 fork 方法

语法形式：

pid_t  fork(void)； 

函数返回类型pid_t实质是int类型。这个pid_t实际上就是进程的一个id号，所以它实际上就是一个整型值。

这个返回值比较复杂，因为fork之后会变成两个进程，一个父进程，一个子进程，fork 函数新生成的一个进程就是子进程。调用fork函数的进程为父进程，新生成的进程为子进程。 这个fork会在父进程中返回一个值，这个值是子进程的pid，即子进程的id号；在子进程中也返回一个值，子进程中返回的是0，如果失败则返回-1。也就是说，在父进程中返回子进程的pid，在子进程中返回0，失败返回-1。

fork执行之后会有父进程和子进程两个进程，两个进程都执行同一套代码，区分到底是父进程在执行，还是子进程在执行，就看fork的返回值。父进程中fork的返回值是大于0的，子进程中fork的返回值等于0。

1.当前进程复制产生一个子进程的过程

代码如下图所示：

以返回值作为判断是父进程在执行还是子进程在执行的条件，然后循环输出父进程和子进程的执行结果。

编译并执行以上代码：

从结果可以看出子进程和父进程两个进程并发运行，无论是先执行父进程还是先执行子进程都是可以的。

2.当前进程复制产生一个子进程之后子进程和父进程当前的pid是怎样的？

通过getpid()得到当前进程的pid。

编译并运行以上代码：

根据运行结果可以看出子进程比父进程的pid大，这是因为子进程是父进程复制而来的，子进程肯定比父进程晚一些。

当前进程复制产生一个子进程的过程分析：

当程序执行到fork之后，就把当前的进程复制了一份，产生子进程，即子进程和父进程，两个进程分别执行，两个进程具有相同的代码，假设如上述代码当前父进程的pid为264088，新产生出来的子进程的pid为264089。

当fork执行完毕之后，接下来就从fork返回的地方开始继续执行，在当前父进程中fork的返回值就是子进程的pid，即264089，这时pid的值既不等于-1也不等于0，所以就是父进程在执行，跳转到代码中的

n=7;
s="parent";

这一部分，然后再去循环输出结果，输出的时候获取的pid是当前进程的pid，也就是父进程的pid，即264088。这时输出的s就是"parent"。

接下来到了子进程，子进程并不是从头开始执行，而是也从fork返回值得地方开始执行，子进程中fork的返回值是固定值0，所以这时子进程在执行，跳转到代码中的

n=3;
s="child";

这一部分，然后再去循环输出结果，输出的时候获取的pid是当前进程的pid，也就是子进程的pid，即264089。这时输出的s就是"child"。

仅仅由于fork的返回值不同，代码执行的分支不一样。

fork产生一个子进程之后fork就结束了，产生的子进程也不会无限fork下去，因为子进程是从fork带回返回值的位置开始执行。fork不会多次执行。同样在父进程中也不会多次执行fork，也是从fork返回值位置开始执行。

3.父进程和子进程的内存空间

代码如下图所示：

编译并运行的结果如下：

运行结果：n=3和n=7时，n的值不同，但是地址的值却是一样的。

分析：在物理内存中父进程和子进程用的不是同一块内存空间而是分开的，父进程用的是父进程的内存空间，子进程用的是子进程的内存空间。之所以运行结果中的地址是相同的，是因为那是逻辑地址，逻辑地址也就是距离起始位置的偏移量，逻辑地址相同是因为举例起始位置的偏移量相同，所以父进程和子进程的逻辑地址是相同的。打印的地址一般都是逻辑地址，而不是物理地址，物理地址一般看不到，物理地址要经过页表进行转换才能看到物理地址。正常情况下，程序中无法直接打印物理地址。

因此，父进程和子进程的逻辑地址是相同的，但是物理地址不相同。子进程的相对地址还是和父进程中一样的。

三、写时拷贝

假如父进程和子进程两个进程的内容暂时是一样的，现在只修改父进程中其中两个物理内存的值，其它物理内存不做任何修改，那么就把父进程中这两个物理内存的值各复制了一份给了子进程，子进程重新分配两个物理内存用来存放对应的值，接下来对于父进程中不做修改的物理内存，子进程中就不分配物理内存来存放这块物理内存中的值了，而是让子进程直接去使用父进程中没有被修改物理内存中的值，也就是没有被修改的物理内存就不会被复制一份给子进程，而是让父进程和子进程共享同一个物理内存。等到父进程或者子进程要修改被共享的物理内存时，父子进程就不能共享了，因为修改了之后，父进程和子进程对应的物理内存就不一样了，这时就只能把父进程被修改的物理内存的值复制一份给子进程，子进程重新分配物理内存来存放对应的值。

这个共享的过程就是写时拷贝，写时拷贝的目的是为了提高fork复制的性能。在写时拷贝的时候，系统记录这个内存正在被两个进程所引用，一旦其中一个进程结束之后，这块物理内存空间不会被释放掉。

写时拷贝对于用户来说时透明的。